裂变燃料聚变可能吗?

时间:2021-10-11 08:52:42   作者:
在混合反应堆中结合聚变和裂变的想法早在20世纪50年代就存在了,最早的参考可能是俄罗斯核物理学家安德烈·萨哈罗夫。可以将聚变-裂变混合概念设想为一种平衡两种核发电模式利弊的系统;裂变在每个反应中产生大量的能量,而聚变在每个反应中产生较少的能量,但可以在不需要连锁反应的情况下产生大量的中子。

然后,聚变-裂变混合反应堆将使用聚变反应堆提供聚变中子,以立即在可育钍中引起快速裂变,因此,聚变可以在廉价和普遍存在的钍燃料中启动大量有用的裂变能量的生产。

虽然大多数关于聚变-裂变混合的历史讨论都是关于生产数千兆瓦电力的大型商业反应堆,但至少可以提议将裂变-聚变的规模降低到亚克燃料样本的水平。在现代实施,聚变启动的快裂变可以使用少至0.25克氘氚燃料点燃约0.8克氘通过D-D聚变产生中子快裂变约0.25克可育钍。在聚变驱动器(激光或粒子束)的帮助下,这一系列的聚变-裂变反应可以启动,同时产生每发约100千兆焦耳的聚变爆发(有效燃烧约779加仑汽油所释放的能量)。

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将聚变-裂变装置的规模缩小到几立方毫米的微小体积,实际上更容易提供确保移动聚变-裂变反应堆安全所需的屏蔽。如果聚变-裂变装置变得如此之小,以至于成为一个虚拟的点源,那么就需要更少的总屏蔽来保证聚变汽车司机和乘客的安全。通常需要大约11的铅来阻止穿透性伽马射线——这种射线是钍快速裂变产生的,是最难屏蔽的辐射形式。为了操作人员的安全,中子屏蔽也是必须的,但屏蔽中子可以使用更轻的材料层,如HDPE塑料。通过对所有细节的认真关注,可以实现对惯性约束钍聚变-裂变动力运载器的满意屏蔽。

关于钍聚变-裂变方案实用性的最后一个关键考虑是在氢化物聚变-裂变装置的第一阶段启动聚变所需的聚变驱动器(激光或粒子加速器)的尺寸和成本。目前的ICF核聚变实验,比如NIF,使用三个足球场大小的激光来产生能量和动力来点燃小样本的氘氚燃料。这样大小的聚变驱动程序并不实用,也不适合钍聚变-裂变移动应用程序(船、飞机、汽车、电动工具等)。

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使用超密度固体氘氚作为聚变燃料,可以大大减小所需聚变驱动器的尺寸。超高密度氘氚作为一种核燃料在激光点燃的惯性约束聚变中具有许多优点。超高密度氘氚的密度估计高达140公斤/厘米^3。这意味着超高密度的氘氚可以作为一种非常有用的目标燃料,绕过了苛刻的激光压缩阶段,允许更小的实际尺寸的聚变驱动器用于成功的聚变点火。
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